|
T
к
); излечением атмосферы с учетом гидрометеоров
(
T
а
); излучением земной поверхности, принимаемым через боковые
лепестки антенны (
T
з
); приемом излучения атмосферы, отраженного
от Земли (
T
а
.
з
); собственными шумами антенны из-за наличия потерь
в ее элементах
T
ш
.
А
, влиянием обтекателя антенны
T
об
, если он име-
ется. Общая методика определения этих составляющих основана на
том, что антенна, находящаяся в бесконечном объеме поглощающей
Энергетические соотношения на линии ССС с применением ГСО
227
среды с однородной кинетической температурой, при термодинами-
ческом равновесии поглощает и излучает мощность одной и той же
величины. В этом случае
T
а
=
1
4
π
∫
4
π
T
я
(
φ, θ
)
G
(
φ, θ
)
d
Ω
,
где
T
я
(
φ, θ
)
— яркостная температура излучения в направлении
φ, θ
в
сферической системе координат;
G
(
φ, θ
)
— коэффициент усиления ан-
тенны (относительно изотропного излучателя) в том же направлении.
Яркостная температура характеризует источники излучения и оп-
ределяется как температура абсолютно черного тела, имеющего на
данной частоте и в данном направлении такую же яркость, что и рас-
сматриваемый источник.
Для характеристики источников излучения с неравномерным рас-
пределением яркостной температуры используется понятие усреднен-
ной, или эффективной (действующей) температуры излучения
T
ср
=
1
Ω
и
∫
Ω
и
T
я
(
φ, θ
)
d
Ω
,
где
Ω
и
— телесный угол источника излучения.
Если угловые размеры источника излучения больше ширины глав-
ного лепестка диаграммы антенны
Ω
а
, то
T
ср
=
T
я
, в противном случае
T
ср
≈
T
я
Ω
и
/
Ω
а
.
(12
.
13)
В настоящее время широко используются упрощенные методы
расчета шумовой температуры антенн, усиление антенны принимается
постоянным и равным в пределах главного лепестка
G
гл
, а в пределах
задних и боковых лепестков также постоянным и равным
G
бок
. Тогда
T
а
=
G
гл
4
π
∫
Ω
гл
T
я
(
α, θ
)
d
Ω
+
1
4
π
n
∑
i
=1
∫
Ω
бок
i
G
бок
i
T
я
(
α, θ
)
d
Ω
.
Далее это уравнение решается для всех составляющих шума (12.12)
с учетом (12.13), после чего для земной антенны
T
а
.
з
=
T
я
.
к
(
α
) +
T
я
.
а
(
α
) +
c
(
T
я
.
з
+
T
я
.
а
.
з
) +
T
ш
.
а
+
T
об
(
α
);
(12
.
14)
для бортовой антенны
T
а
.
б
=
T
я
.
а
+
T
я
.
з
+ 2
cT
я
.
к
+
T
ш
.
а
,
(12
.
15)
где
c
=
1
2
n
∑
i
=1
∫
Ω
бок
i
G
бок
i
(
α, θ
)
d
Ω
/ ∫
Ω
гл
G
(
α, θ
)
d
Ω
228
Р а з д е л 12
— коэффициент, учитывающий интегральный уровень энергии боко-
вых лепестков.
Как следует из (12.14), первая составляющая температуры шумов
антенны определяется яркостной температурой космического прост-
ранства.
Из частотной характеристики усредненных по небесной сфере зна-
чений
T
я
.
к
видно, что космическое излучение существенно на частотах
ниже 4...6 ГГц; максимальное значение на данной частоте отличает-
ся от минимального в 20...30 раз, что обусловлено большой неравно-
мерностью излучения различных участков неба; наибольшая яркость
наблюдается в центре Галактики; имеется также ряд локальных мак-
симумов.
Следует отметить, что излучение Галактики имеет сплошной спек-
тр и слабо поляризовано; поэтому при приеме его на поляризованную
антенну (с любым видом поляризации) можно с достаточной степенью
точности считать, что принимается 1/2 всей мощности излучения, по-
падающей в раскрыв антенны.
Самым мощным источником радиоизлучения является Солнце,
которое может полностью нарушить сеанс связи, если попадает в глав-
ный лепесток диаграммы направленности антенны. Вероятность же
этого мала и составляет, в первом приближении, величину
p
=
D
2
/
(
π
−
β
2
)
≈
0
,
6
·
10
−
4
,
где
D
≈
1
,
4
◦
— размеры опасной области излучения Солнца (угловой
размер Солнца составляет
0
◦
32
′
).
Для систем связи с ИСЗ на геостационарной орбите эта вероятнос-
ть с учетом уровня боковых лепестков диаграммы антенны на порядок
выше и составляет
(2
...
5)
·
10
−
4
в зависимости от долготы ИСЗ.
Для геостационарного ИСЗ максимальное время прохождения
опасной зоны составляет
t
max
= (
θ
0
,
5
+
D
)
/
(
v
С
±
v
сп
)
,
где
θ
0
,
5
— ширина диаграммы направленности антенны по уровню по-
ловинной мощности;
v
С
и
v
сп
— угловые скорости Солнца и спутника
относительно земной станции соответственно.
Знак «плюс» в этой
формуле выбирается при перемещении спутника связи относительно
солнечного диска в направлении востока, знак «минус» — запада.
Следует отметить, что проекция спутника довольно редко прохо-
дит через центр солнечного диска, она обычно пересекает его по ли-
ниям, смещенным относительно центра, соответственно и время про-
хождения опасной зоны оказывается меньше.
Энергетические соотношения на линии ССС с применением ГСО
229
Точная дата и время «засветки» земных антенн солнечным дис-
ком обычно рассчитывают по данным орбиты ИСЗ и сообщают зем-
ным станциям вместе с координатами спутника.
Еще одним источником теплового радиоизлучения является Лу-
на, но она обычно не нарушает связь, так как ее яркостная темпера-
тура не превышает 220 К. Остальные источники, такие как планеты
и радиозвезды, играют существенно меньшую роль. Вероятность на-
ведения главного лепестка диаграммы направленности антенн на эти
источники меньше, чем на Солнце, так как их угловые размеры малы.
Радиоизлучение земной атмосферы имеет тепловой характер и в
полной мере обусловлено поглощением сигналов в атмосфере. В силу
термодинамического равновесия атмосфера излучает такое же коли-
чество энергии на данной частоте, которое поглощает соответственно
T
я
.
а
=
T
а
.
ср
(
L
а
−
1)
/L
а
.
Как показывают расчеты, средняя термодинамическая темпера-
тура стандартной атмосферы для углов места
β
>
5
◦
в рассматрива-
емых диапазонах частот и
T
а
.
ср
≈
T
0
−
32
≈
260
K.
Do'stlaringiz bilan baham: |
